Kurze Zeitreise

Eclipse ist im Grunde genommen der Nachfolger von IBM Visual Age for Java 4.0. Der Quellcode dafür wurde im Jahr 2001 von IBM freigegeben. Im Jahr 2004 beschloss das von IBM geführte Eclipse-Konsortium die Ausgründung der rechtlich eigenständigen Eclipse Foundation, die seitdem für die Entwicklung von Eclipse verantwortlich ist. Es unterstützt die Java-Version 5 ab Version 3.1 und Java 6 ab Version 3.2. Ab dem Jahr 2006 wurden die Veröffentlichungstermine neuer Versionen der wichtigsten Eclipse-Komponenten harmonisiert, um Versionskonflikte zu vermeiden und Eclipse-Anwendern die Nutzung zu erleichtern. Man hat den Veröffentlichungszyklus ab der Version 2018-09 auf Quartalsaktualisierungen verkürzt, da ab Java 9 nicht mehr alle 3 Jahre, sondern alle 6 Monate eine neue Java Version erscheint. Es folgt nun einem Rolling Release Modell.

Rolling Release

(„rollen“ und „veröffentlichen“. Sinngemäß handelt es sich dabei um die kontinuierliche Aktualisierung der Software und ist ein Begriff aus der Softwareentwicklung. Bei einem Betriebssystem, dass das Rolling-Release-Prinzip anwendet, gibt es keine Betriebssystem-Versionen, bei denen bei einem Versions-Upgrade eine große Menge an Software auf einmal aktualisiert wird. Die einzelnen Software-Pakete werden vielmehr immerfort aktualisiert. Dies schließt sogenannte Releases, also Veröffentlichungen des Betriebssystems, aber nicht aus. Im Gegensatz zu einem Betriebssystem ohne Rolling Releases sind die Veröffentlichungen jedoch keine Versionen, sondern sogenannte Snapshots. Dies bedeutet, eine Kopie aller im Moment im Repository liegenden Software-Versionen. Diese Snapshots dienen meistens auch als Installations-Medien.

Die Projektnamen waren bisher nach den Jupitermonden (Callisto, Europa und Ganymede), den Raumsonden Galileo und Helios, die Version 3.7 nach der für Eclipse typischen Farbe Indigo benannt. Die Anfangsbuchstaben der Projektnamen werden ab Version 3.5 in alphabetischer Reihenfolge vergeben. Die Version 3.8 erschien gleichzeitig mit der Version 4.2. Um mit dem schnelleren Release-Zyklus von Java mitzuhalten, hat man 2018 von einem jährlichen Release auf vier Releases pro Jahr umgestellt. Damit hat man auch das Namensschema der Release-Versionen auf „{Jahreszahl}-{Monat}“ vereinfacht, also beispielsweise „2018-09“. Die einzelnen Versionen werden jeweils als Grundversion oder als Zusammenstellung aus verschiedenen Programmpaketen veröffentlicht. Einzelne Programmpakete kann man jedoch auch später noch nachinstallieren. Die Benutzeroberfläche von Eclipse ist standardmäßig englischsprachig. Es gibt jedoch zu jeder Version Babel-Language-Packs, die man sich in den entsprechenden Sprachen als Plugin installieren kann.

Darauf gehe ich so explizit ein, da ich mich in den letzten Tagen mit Kollegen über Eclipse ausgetauscht und in einem Quellcode verweise auf „Jupiter“ entdeckt habe. In der jüngsten Vergangenheit habe ich mich mit Jupyter beschäftigt. Daher auch hier ein Verweis auf den Beitrag damit es zu keiner Verwechslung der Themen kommt. Beides von Grund auf verschiedene Themen bzw. Dinge 😉

Architektur

Bis einschließlich zur Version 2.1 ist Eclipse als erweiterbare IDE konzipiert gewesen. Ab Version 3.0 ist es selbst nur der Kern, der die einzelnen Plug-ins lädt, die dann die eigentliche Funktionalität zur Verfügung stellt. Diese Funktionalität basiert, wie bereits erwähnt, auf Equinox. Sowohl Eclipse als auch die Plugins sind vollständig in Java implementiert. Zur Erstellung der GUI (grafischen Benutzeroberfläche) wurde SWT verwendet. Zur Darstellung der GUI-Komponenten basiert SWT ähnlich wie AWT auf den nativen GUI-Komponenten des jeweiligen Betriebssystems. Eclipse steht für 14 verschiedene Systeme und Architekturen zur Verfügung und gilt somit als plattformunabhängig. Die Plugins lassen sich direkt von einem Update-Server, über den „Market Place“, oder durch Entpacken einer Installationsdatei installieren.

Das frei verfügbare Eclipse SDK umfasst die Eclipse-Plattform, Werkzeuge zur Java-Entwicklung (Java Development Tools, JDT) und die Umgebung zur Entwicklung von Eclipse-Plugins (Plugin Development Environment, PDE).

Rich Client Platform

Eclipse bietet eine Rich Client Platform, welche es Anwendungsentwicklern ermöglicht, basierend auf dem Eclipse-Framework, von der Eclipse-IDE unabhängige Anwendungen zu schreiben. Die folgenden Komponenten (Plugins) werden typischerweise mindestens für eine Eclipse-Rich-Client-Platform-Anwendung verwendet:

• Eclipse Core Platform – steuert den Lebenszyklus einer Eclipse-Anwendung
• Eclipse Platform UI – stellt die Workbench mit den Konzepten Sichten, Editoren, Perspektiven, Menüs und Toolbars zur Verfügung
• Standard Widget Toolkit (SWT)
• JFace

Weitere Eclipse-Komponenten, wie das Hilfesystem oder das automatische Aktualisierungssystem, kann man ebenfalls einsetzen. In der Regel nutzt man das Eclipse-OSGi-Framework Equinox zum Kombinieren (bundling) der Komponenten.

Das UI (User Interface)

Eclipse ist in Komponenten (parts) gegliedert, die in Sichten (views) und Editoren (editors) gegliedert sind. Wobei die Unterscheidung in view und editor sich an der Nutzung orientiert und nicht technischer Natur ist. Diese Fenster kann man durch Drag and Drop beliebig anordnen oder minimieren.

Sichten

Mit Hilfe der views kann man Daten direkt bearbeitet und darunterliegende Datenstrukturen verändern.

Beispiele für views sind die auch aus den meisten anderen Editoren bekannte Navigator-View, die im Projektverzeichnis enthaltene Dokumente anzeigt, der Klassenexplorer, der baumartig strukturiert Symbole für die Klassen, Funktionen, Variablen und Importe eines geöffneten Quelltextes anzeigt oder das Suchfenster, dass die Ergebnisse einer Suche auflisten kann.

Editoren

Editoren sind Komponenten, die nur das jeweils geöffnete Datenelement bearbeiten und in denen der Nutzer explizit speichern muss, um Daten zu verändern. Beispiele sind Fenster, die meist den Quelltext mit Syntaxhervorhebung anzeigen, wobei es für viele Programmiersprachen einen eigenen Editor gibt. Beispielsweise für Java, C, PHP, Python, HTML, aber auch einen einfachen Texteditor. Genauso gibt es auch visuelle Editoren (beispielsweise UML-Editoren, GUI-Builder) oder solche, die Baumstrukturen anzeigen (etwa der XML-Editor). Editoren nehmen normalerweise den meisten Raum des Programmfensters in Anspruch. Mehrere geöffnete Quelltexte kann man als Reiter öffnen, die man dann über Tabs am oberen Rand in den Vordergrund bringen kann. Außerdem kann man Tabs fixieren, damit man beispielsweise den zugehörigen Quelltext nicht versehentlich schließt. Auch kann man die Editoren weitestgehend frei per Drag and Drop anordnen. Davon abgesehen ist es möglich, eine Datei in mehreren Editoren gleichzeitig zu öffnen.

Perspektiven

Perspektiven sind vollständige Anordnungen von parts. Ein editor bleibt beim Perspektivwechsel erhalten. Perspektiven sind weitestgehend frei konfigurierbar und man kann benutzerdefinierte Konstellationen speichern sowie laden. Meistens stellen Plugins, die man nachinstalliert, vorkonfigurierte Perspektiven zur Verfügung, diese passt man dann meisten den eigenen Wünschen und Vorlieben an.

Plugins und Erweiterungen

Es gibt zahlreiche Erweiterungen für Eclipse. Teils proprietär, teils frei verwendbar bzw. Open Source. Primär verwendet man es als Java IDE. Dabei kommen vor allem die in den Java Development Tools zusammengefassten Plugins zum Einsatz. Es existieren aber etliche Plugins für andere Sprachen, die ich bereits unter Editoren erwähnt habe. Hinzu kommt noch die Entwicklung von OSGi-Bundles. Dazu zählt vor allem das CDT-Projekt, welches C und C++ unterstützt und unter Anderem die GNU Compiler Collection sowie die LLVM (-Clang und -GCC) abdeckt. Darüber hinaus gibt es auch Plugins für Perl, PHP, ColdFusion, Ruby, Python, C#, Fortran, Ada2005, Scala usw. Diese kann man über ein Menü in Eclipse einbinden. Neben Plugins für konkrete Programmiersprachen gibt es auch solche, die allgemeine Entwicklungsprozesse unterstützen, wie beispielsweise Mylyn für „aufgabenorientierte Entwicklung“ oder Saros für Verteilte Paarprogrammierung auch Distributed Pair Programming, DPP oder Pair Programming, PP genannt. Oft sind diese Ergänzungen – anders als das Kernprogramm – ausschließlich in der englischen Sprache erhältlich.

Neben den Java Development Tools gibt es viele weitere Projekte, die man ebenfalls auf der Eclipse-Website koordiniert. Ein solches Projekt ist das Eclipse Tools Project, dass verschiedene Hilfsmittel entwickelt, die Entwickler erweitern können. Weitere Projekte sind das Eclipse Modeling Framework (EMF), das Graphical Editing Framework (GEF) und die eingestellte Eclipse Riena Platform (Riena). Mit EMF lässt sich ein Datenmodell erstellen, das zum Beispiel auf UML basieren kann. GEF ist ein Projekt, dass es Entwicklern erlaubt, mit Hilfe eines existierenden Datenmodells schnell einen grafischen Editor zu erstellen. Riena unterstützt Entwickler bei der Ausstattung einer Anwendung mit einem benutzerfreundlichen Interaktionskonzept und ansprechenden Oberflächenelementen.

Basierend auf diesen Erweiterungen und dem modularen Aufbau von Eclipse selbst, lassen sich für Projekte spezifische Eclipse-Bundles erstellen. Diese enthalten alle für ein bestimmtes Projekt notwendigen Teile und Erweiterungen von Eclipse, ohne mit unnötigen Teilen Hauptspeicher und Rechenleistung zu verbrauchen.

Inzwischen gibt es auch Open Source-Erweiterungen, die eine automatisierte Bereitstellung und Konfiguration erheblich erleichtern. Dazu zählen oasp4j-ide, Oomph und Yatta Profiles, von denen ich einige in zukünftigen Beiträgen thematisiere.

Fazit

Durch den quelloffenen Ansatz und der kostenfreien Nutzungsmöglichkeit ist Eclipse neben IntelliJ eines der beliebteren IDEs. Man kann durch Plugins und Erweiterungen viele Programmiersprachen bedienen. Der Programmkern von Eclipse stellt in dem Zusammenhang die einzige versionsübergreifende Konstante dar. Jede Aktualisierung führt Neuerungen in den Kern ein und die integrierten Plugins bzw. Erweiterungen erfordern dadurch meist eine Anpassung an die neue Version.

Die grafische Oberfläche von Eclipse ist auf eine effiziente Arbeitsweise ausgerichtet. Der konzeptionelle Aufbau durch Views, Editoren und Perspektiven sorgt für eine anpassbare Optik und eine bequeme Arbeitsweise mit und in der IDE. Man kann sowohl die Funktionalitäten als auch die GUI von Eclipse durch die manuelle oder automatische Installation von Plugins bzw. Erweiterungen anpassen. Entsprechende Möglichkeiten finden sich in dem standardmäßig integrierten Market Place von Eclipse.

Der Beitrag Eclipse – Die flexible Entwicklungsumgebung erschien zuerst auf CEOsBay.

Die Programmiersprache Java dient innerhalb der Java-Technologie vor allem zum Formulieren von Programmen. Diese liegen zunächst als reiner, menschenverständlicher Text vor, dem sogenannten Quellcode. Dieser Quellcode ist nicht direkt ausführbar. Erst der Java-Compiler, der Teil des Entwicklungswerkzeugs ist, übersetzt es in die Maschinensprache Java-Bytecode. Die Maschine, die diesen Bytecode ausführt, ist jedoch typischerweise virtuell. Folglich findet die Ausführung nicht direkt über die Hardware bzw. etwa einem Mikroprozessor ausgeführt, sondern durch entsprechende Software auf der Zielplattform.

Zweck der Virtualisierung ist die Plattformunabhängigkeit. Das Programm soll ohne weitere Änderung auf jeder Rechnerarchitektur laufen, wenn dort eine passende Laufzeitumgebung installiert ist. Oracle selbst bietet Laufzeitumgebungen für die Betriebssysteme Linux, macOS, Solaris und Windows an. Andere Hersteller lassen eigene Java-Laufzeitumgebungen für ihre Plattform zertifizieren. Auch in Autos, HiFi-Anlagen und anderen elektronischen Geräten wird Java verwendet.

Um die Ausführungsgeschwindigkeit zu erhöhen, werden Konzepte wie die Just-in-time-Kompilierung und die Hotspot-Optimierung verwendet. In Bezug auf den eigentlichen Ausführungsvorgang kann die JVM den Bytecode so interpretieren, bei Bedarf jedoch auch kompilieren und optimieren.

Eine kurze Zeitreise

Im Grunde genommen ist es eine Person, die für die Entstehung der objektorientierten Programmiersprache Java verantwortlich ist. James Gosling.

James Gosling schloss sein Studium an der University of Calgary im Jahr 1977 mit dem Bachelor of Science in Informatik ab. Sechs Jahre später erhielt er den Doktortitel. Während seiner Doktorarbeit schrieb er 1981 den ersten Emacs für Unix-Systeme in C. Seine Implementierung wurde unter dem Namen Gosling Emacs (Gosmacs) bekannt. Neben Compilern und Mailsystemen erfand er bei Sun Microsystems in den 80ern gemeinsam mit David S. H. Rosenthal auch das nicht mehr weiterentwickelte Windowing-System „NeWS (Network extensible Window System)“, welches ursprünglich unter dem Namen SunDew bekannt war.

Bei seiner Arbeit von 1984 bis 2010 arbeitete Gosling bei Sun Microsystems, in dieser Zeit entwarf er auch das originäre Design von Java. Den Grundstein für diese Programmiersprache hatte er bereits während seines Studiums gelegt. Dort entwickelte er auch eine virtuelle CPU, die P-Code als Maschinensprache ausführte. Das Konzept dieser Pseudo-Maschine übertrug Gosling später auf die architekturneutrale Ausführung weitverbreiteter Programme.

Im Jahr 2005 erhielt Gosling den Titel zum Chief Technical Officer der Produktentwicklung bei Sun Microsysems.

Java als Open Source bzw. Freie Software

Sun hatte zugesichert, die JDK unter der GNU General Public License zu veröffentlichen. mit der Übernahme durch Oracle wurde auch die offene Lizenzierung übernommen. Am 13. November 2006 haben sie erste Teile der JDK bereits mit dem Compiler javac und der Hotspot Virtual Machine als Open Source veröffentlicht. Zudem hat man mit OpenJDK eine Community-Seite eröffnet, mit deren Hilfe man die Entwicklung koordinierte. Am 8. Mai 2007 folgten große Teile des „Java-SE“-Quellcodes zum Erstellen eines JDK. Eine Ausnahme stellte solcher Code dar, für den Sun nicht die nötigen Rechte besaß, um diesen freizugeben. Dieser liegt somit nur in kompilierter Form vor. Ebenfalls kündigte Sun an, dass Entwicklungen auf Grundlage des OpenJDK das „Java Compatible“-Logo führen, wenn sie nach dem „Java Compatibility Kit“ (JCK) zertifiziert sind.

Zuvor hat man den Quelltext von Java unter anderem bei jedem JDK mitgeliefert und ermöglichte so zwar Einsicht, doch man durfte diesen nicht beliebig modifizieren. Aus diesem Grund gibt es neben den offiziellen JCP auch diverse unabhängige Vereinigungen, die es sich zum Ziel gesetzt haben, ein unter einer freien Open-Source-Lizenz gestelltes Java bereitzustellen. Die bekanntesten dieser Projekte sind Apache Harmony, Kaffe und das GNU-Classpath-Projekt gewesen. Gegenwärtig gibt es neben OpenJDK noch eine weitere große Implementierung, die aktuelle Java Releases veröffentlicht, Eclipse OpenJ9. Diese JVM-Implementierung hat IBM an die Eclipse Foundation übergeben. OpenJ9 steht mehrfachlizenziert unter EPL 2.0, Apache 2.0 und GNU 2.0 with Classpath Exception zur Verfügung. Darüber aber mehr in meinem Eclipse Beitrag.

Java ist mitunter eines der populärsten Programmiersprachen. In dem seit 2001 veröffentlichten TIOBE-Index lag Java bis 2020, konkurrierend mit C, stets auf den ersten beiden, seit 2021 mit zusätzlicher Konkurrenz von Python, auf den ersten drei Plätzen des Rankings. Nach dem RedMonk-Programmiersprachenindex 2019 liegt Java zusammen mit Python auf dem zweiten Platz nach JavaScript.

Das Grundkonzept von Java

Der Entwurf der Programmiersprache strebte hauptsächlich fünf Ziele an:

1. Sie soll eine einfache, objektorientierte, verteilte und vertraute Programmiersprache sein.
   Java ist im Vergleich zu anderen objektorientierten Programmiersprachen wie C++ oder C# einfacher, da es einen reduzierten Sprachumfang besitzt und beispielsweise Operatorüberladung und Mehrfachvererbung nicht unterstützt.
   
2. Sie soll robust und sicher sein.
   Viele der Designentscheidungen bei der Definition von Java reduzieren die Wahrscheinlichkeit ungewollter Systemfehler. Beispiele dafür sind die starke Typisierung, Garbage Collection, Ausnahmebehandlung sowie der Verzicht auf Zeigerarithmetik. Für die Sicherheit stehen Konzepte wie der Class-Loader, der die sichere Zuführung von Klasseninformationen zur Java Virtual Machine steuert und der Security-Manager, die sicherstellen, dass nur Zugriff auf Programmobjekte erlaubt wird, für die entsprechende Rechte vorhanden sind.
   
3. Sie soll architekturneutral und portabel sein.
   Java ist so entwickelt, dass dieselbe Version eines Programms prinzipiell auf einer beliebigen Computerhardware läuft, unabhängig von ihrem Prozessor oder anderen Hardwarebestandteilen. Zusätzlich zur Architekturneutralität ist es portabel. Folglich sind elementare Datentypen sowohl in ihrer Größe und der internen Darstellung als auch in ihrem arithmetischen Verhalten standardisiert. Beispielsweise ist ein float immer ein IEEE 754 Float von 32 Bit Länge. Dasselbe gilt beispielsweise auch für die Klassenbibliothek, mit deren Hilfe man eine vom Betriebssystem unabhängige GUI erzeugen kann.
   
4. Sie soll sehr leistungsfähig sein.
   Java hat aufgrund der Optimierungsmöglichkeit zur Laufzeit das Potenzial, eine bessere Performance als auf Compilezeit-Optimierungen begrenzte Sprachen (C++ und andere Sprachen) zu erreichen. Dem entgegen steht der Overhead durch die Laufzeitumgebung, sodass die Leistungsfähigkeit von beispielsweise C++-Programmen in einigen Kontexten übertroffen, in anderen aber nicht erreicht wird. Um die Leistungsfähigkeit zu gewährleisten, kann man in der Java Virtual Machine (JVM) die Performance messen.
   
5. Sie soll interpretierbar, parallelisierbar und dynamisch sein.
   Wie mehrfach erwähnt, finden die Kompilierung im maschinenunabhängigen Bytecode statt. Dieser wiederum kann auf der Zielplattform interpretiert werden. Die Java Virtual Machine interpretiert Bytecode, bevor sie es aus Performancegründen kompiliert und optimiert. Die Parallelisierbarkeit erreicht es durch die Unterstützung von Multithreading. Also durch den parallelen Ablauf von eigenständigen Programmabschnitten. Dazu bietet die Sprache selbst die Schlüsselwörter synchronized und volatile – Konstrukte, die das „Monitor & Condition Variable Paradigma“ von C. A. R. Hoare unterstützen. Die Klassenbibliothek enthält weitere Unterstützungen für parallele Programmierung mit Threads. Moderne JVMs bilden einen Java-Thread auf Betriebssystem-Threads ab und profitieren somit von Prozessoren mit multiplen Rechenkernen. Die Dynamik erreicht es durch den Aufbau. Vor allem durch die Dynamik bzw. der Anpassungsfähigkeit an sich ändernde Rahmenbedingungen anzupassen. Da die Module erst zur Laufzeit gelinkt werden, können beispielsweise Teile der Software (etwa Bibliotheken) neu ausgeliefert werden, ohne die restlichen Programmteile anpassen zu müssen. Man kann Interfaces als Basis für die Kommunikation zwischen zwei Modulen einsetzen, während sich die eigentliche Implementierung dynamisch und beispielsweise auch während der Laufzeit ändern kann.

Objektorientierung

Die Grundidee der objektorientierten Programmierung ist, Daten und zugehörige Funktionen möglichst eng in einem sogenannten Objekt zusammenzufassen und nach außen hin zu kapseln (Abstraktion). Die Absicht dahinter ist, große Softwareprojekte einfacher zu verwalten und die Qualität der Software zu erhöhen. Ein weiteres Ziel der Objektorientierung ist ein hoher Grad der Wiederverwendbarkeit von Softwaremodulen.

Ein neuer Aspekt von Java gegenüber beispielsweise der objektorientierten Programmiersprache C++ ist die explizite Unterscheidung zwischen Schnittstellen und Klassen, die man durch entsprechende Schlüsselwörter interface und class ausdrückt. Es unterstützt kein Erben von mehreren unabhängigen Basisklassen (sogenannte „Mehrfachvererbung“ wie in C++ oder Eiffel üblich), wohl aber das Implementieren einer beliebigen Zahl von Schnittstellen, womit sich viele der entsprechenden Probleme lösen lassen. Dabei kann man Methodensignaturen und Standardimplementierungen von Methoden an die abgeleiteten Klassen weitergeben, jedoch keine Attribute.

Es ist nicht vollständig objektorientiert, da die Grunddatentypen (int, boolean usw.) keine Objekte sind. Dies hängt mit der Syntax zusammen. Die Semantik, Grammatik und Syntax von Java sind in der Java Language Specification (Java-Sprachspezifikation) von Sun Microsystems dokumentiert. Das folgende Beispielprogramm gibt die unter Entwicklern bzw. Programmierern klassische Meldung „Hallo Welt!“, gefolgt von einem Zeilenumbruch, auf dem Ausgabemedium aus. Mittels Autoboxing kann man in die entsprechenden Objekttypen und umgekehrt umwandeln.

Reflexion

Reflexion (englisch reflection) bedeutet in der Programmierung, dass ein Programm die eigene Struktur kennt (englisch introspection) und/oder diese modifizieren kann (englisch intercession). Auch Java bietet eine Reflexion-API als Bestandteil der Laufzeitumgebung an. Damit ist es möglich, zur Laufzeit auf Klassen und Methoden zuzugreifen, deren Existenz oder genaue Ausprägung zur Zeit der Programmerstellung nicht bekannt war. Häufig wird diese Technik im Zusammenhang mit dem Entwurfsmuster Fabrikmethode (Factory Method) angewandt.

Annotationen

Annotationen erlauben die Notation von Metadaten und ermöglichen bis zu einem gewissen Grad benutzerdefinierte Spracherweiterungen. Sinn der Annotationen ist unter anderem die automatisierte Erzeugung von Code und anderen in der Software-Entwicklung wichtigen Dokumenten für wiederkehrende Muster anhand kurzer Hinweise im Quelltext. Früher hat man dafür ausschließlich Javadoc-Kommentare mit speziellen JavaDoc-Tags verwendet, deren Auswerung von Doclets wie zum Beispiel dem XDoclet stattgefunden hat.

Annotationen können auch in den kompilierten Class-Dateien enthalten sein. Für die Verwendung wird der Quelltext folglich nicht benötigt. Insbesondere sind die Annotationen auch über die Reflection-API zugänglich. Man kann sie beispielsweise zur Erweiterung des Bean-Konzeptes verwenden. Doch darüber schreibe ich in naher Zukunft einen gesonderten Beitrag.

Wo findet Java Einsatz?

Webanwendungen

Anwendungen, die man auf einem Webserver lädt, startet und die beim Benutzer in einem Webbrowser ablaufen bzw. dargestellt werden. Üblicherweise läuft ein Teil der Webanwendung auf dem Server (die Geschäftslogik und Persistenz) und ein anderer Teil im Webbrowser (die Logik der grafischen Benutzeroberfläche). Der Serverteil wird üblicherweise vollständig in Java geschrieben, der Browserteil üblicherweise in HTML und JavaScript. Es ist jedoch auch möglich, Java-Webanwendungen inklusive GUI-Logik vollständig in Java zu schreiben (siehe z. B. Google Web Toolkit oder die Remote Application Platform). Bekannte Beispiele für Java-Webanwendungen sind Twitter, Jira, Jenkins. Zwar nicht vollständig, aber Gmail ist zu großen Teilen auch damit geschrieben.

Desktop-Anwendungen

Unter Desktop-Anwendungen oder Applikationen fasst man normale Desktop-Programme zusammen. Sowohl Internet-Kommunikationsprogramme als auch Spiele und/oder Office-Anwendungen, die auf einem normalen PC laufen, haben diese Bezeichnung. Bekannte Beispiele für Java-Desktop-Anwendungen sind die integrierte Entwicklungsumgebung Eclipse oder das mittlerweile von Microsoft aufgekaufte Computerspiel Minecraft.

Applets

Java-Applets sind Anwendungen, die man normalerweise in einem Webbrowser ausführt. Sie sind üblicherweise auf einen durch ein spezielles HTML-Tag definierten Bereich einer Webseite beschränkt. Voraussetzung für die Ausführung der Applets ist ein Java-fähiger Browser. Eine Unterstützung dieser Anwendungsform liegt seit der Version 11 nicht mehr vor.

Apps

Apps sind kleinere Applikationen für mobile Endgeräte wie Handys, Smartphones, PDAs oder Tablets. Sie laufen üblicherweise auf speziellen, für die Ausführung von Java-Anwendungen optimierten Plattformen wie Java ME. Native Apps für das Android Betriebssystem von Google sind in der Regel auch damit programmiert, basieren aber auf einer abweichenden Klassenbibliotheks-API.

Entwicklungsumgebungen

Es gibt eine große Vielfalt von Entwicklungsumgebungen für Java, sowohl proprietäre als auch Open Source. Die meisten Entwicklungsumgebungen dafür sind selbst ebenfalls in Java geschrieben.

Die bekanntesten Open-Source-Umgebungen sind das von der Eclipse Foundation bereitgestellte Eclipse und das von Sun entwickelte NetBeans.

Unter den kommerziellen Entwicklungsumgebungen sind IntelliJ IDEA von JetBrains, siehe meinen Beitrag, JBuilder von Borland sowie JCreator und das auf NetBeans basierende Sun ONE Studio von Sun, am verbreitetsten. Außerdem gibt es noch eine Version von Eclipse, die von IBM unter dem Namen WebSphere Studio Application Developer („WSAD“) vertrieben wurde und ab Version 6.0 Rational Application Developer („RAD“) heißt. Auch in XCode von Apple lässt sich damit schreiben. Doch zu empfehlen ist es eher nicht, da es primär für C++ und C optimiert ist.

Sehr viele Texteditoren bieten Unterstützung dafür, darunter Emacs, jEdit, Atom (Ist aufgrund eines Hacks nicht mehr verfügbar 😉 ), Visual Studio Code, Vim und Notepad++, über die ich in zukünftigen Beiträgen schreibe.

Compiler

Ein Compiler übersetzt Java-Quellcode (Dateiendung „.java“) in einen ausführbaren Code. Grundsätzlich unterscheidet man zwischen Bytecode- und Nativecode-Compilern. Einige Laufzeitumgebungen verwenden einen JIT-Compiler, um zur Laufzeit den Bytecode häufig genutzter Programmteile in nativen Maschinencode zu übersetzen.

Bytecode Compiler

Im Normalfall übersetzt der Java-Compiler die Programme in einen nicht direkt ausführbaren Bytecode (Dateiendung „.class“), den die Java Runtime Environment (JRE) später ausführt. Die HotSpot-Technologie kompiliert den Bytecode zur Laufzeit in nativen Prozessorcode und optimiert diesen abhängig von der verwendeten Plattform. Diese Optimierung findet dabei nach und nach statt, sodass der Effekt auftritt, dass Programmteile nach mehrmaliger Abarbeitung schneller werden. Andererseits führt diese Technik, die ein Nachfolger der Just-in-time-Kompilierung ist, dazu, dass man mit Java-Bytecode, Anwendungen theoretisch genauso schnell wie nativ kompilierte Programme ausführen kann.

Native Compiler

Es existieren auch Compiler für Java, die Quelltexte oder den Bytecode in „normalen“ Maschinencode übersetzen können, sogenannte Ahead-of-time-Compiler. Nativ kompilierte Programme haben den Vorteil, keine JavaVM mehr zu benötigen aber auch den Nachteil, nicht mehr plattformunabhängig zu sein.

Beispiele für native Java Compiler waren Excelsior JET (eingestellt, bis Java SE 7), sowie GNU Compiler for Java (GCJ, eingestellt, bis J2SE 5.0) wie MinGW, Cygwin oder JavaNativeCompiler (JNC).

Wrapper

Als weitere Möglichkeit kann das Java-Programm in ein anderes Programm „eingepackt“ (englisch to wrap) werden. Unter anderem nennt man dies auch Adapter. Diese äußere Hülle dient dann als Ersatz für ein Java-Archiv. Sie sucht selbständig nach einer installierten Java-Laufzeitumgebung, um das eigentliche Programm zu starten und informiert den Benutzer darüber, wo er eine Laufzeitumgebung herunterladen kann, sofern noch keine installiert ist. Es ist also immer noch eine Laufzeitumgebung nötig, um das Programm starten zu können, aber der Anwender erhält eine verständliche Fehlermeldung, die ihm weiterhilft.

Java Web Start ist ein etwas eleganterer und standardisierter Ansatz für diese Lösung. Es ermöglicht die einfache Aktivierung von Anwendungen und garantiert, dass immer die neueste Version der Anwendung ausgeführt wird. Dadurch bleiben einem durch die Automatisierung komplizierte Installations- oder Aktualisierungsprozeduren erspart.

Beispiele für Java-Wrapper sind JSmooth oder Launch4J. JBuilder von Borland und NSIS sind ebenfalls in der Lage, einen Wrapper für Windows zu erstellen.

Fazit

Ein Fazit gibt es hierfür nicht, da ich es mir nicht anmaße, etwas zu beurteilen, dass ich noch nicht zu einem großen Teil verstehe. In diesem Zusammenhang vielleicht in den zukünftigen Beiträgen zu finden.

Der Beitrag Java – Endlose Möglichkeiten der Softwareentwicklung erschien zuerst auf CEOsBay.

Cucumber wurde ursprünglich in der Programmiersprache Ruby für Ruby-Anwendungen geschrieben. In der Zwischenzeit unterstützt es aber auch andere Programmiersprachen wie Java und alle anderen auf der Java Virtual Machine gängigen Programmiersprachen sowie C++ und JavaScript. Darüber hinaus gibt es Projekte, die Cucumber noch für weitere Programmiersprachen zur Verfügung stellen und sich als Teil der Cucumber-Familie sehen. Darunter beispielsweise SpecFlow, eine Implementierung für C#.

Wie funktioniert Cucumber?

Wie auch bei den meisten anderen BDD-Frameworks werden in Cucumber Funktionalitäten mittels der Beschreibungssprache „Gherkin“ beschrieben. Gherkin verwendet natürliche Schriftsprache als Grundlage. Lediglich bestimmte Schlüsselwörter werden besonders behandelt.

Gherkin

Gherkin ist die Sprache, die Cucumber verwendet, um Testfälle zu definieren. Sie ist so konzipiert, dass sie sich nicht-technisch und für den Menschen lesbar gestaltet. Es beschreibt Anwendungsfälle in Bezug auf ein Softwaresystem. Der Zweck hinter der Gherkin-Syntax ist die Förderung verhaltensorientierter Entwicklungspraktiken in einem Entwicklungsteam, einschließlich Geschäftsanalysten und Managern. Sie zielt darauf ab, bereits in den ersten Phasen der Anforderungsdefinition durch die Geschäftsleitung und in anderen Phasen des Entwicklungslebenszyklus einer Anwendung feste, eindeutige Anforderungen durchzusetzen.

Syntax

Die Syntax ist ähnlich wie bei Python zeilenorientiert aufgebaut. Die Struktur einer Datei wird durch Leerzeichen und andere Steuerzeichen definiert. # wird als Zeilen bzw. Kommentarzeichen verwendet und kann an jeder beliebigen Stelle in einer Datei stehen. Anweisungen sind jede nicht leere und nicht kommentierte Zeile. Sie bestehen aus einem konkreten Gherkin-Schlüsselwort, gefolgt von einer Zeichenkette.

Alle Gherkin-Dateien haben die Dateierweiterung .feature. Sie enthalten eine einzelne Feature-Definition für das zu testende System und sind ein ausführbares Testskript.

Neben der Bereitstellung eines Skripts für automatisierte Tests ist die Syntax von Gherkin so konzipiert, dass sie eine einfache Dokumentation des zu testenden Codes ermöglicht. Gherkin unterstützt derzeit Schlüsselwörter in Dutzenden von Sprachen.

Schlüsselwörter der Gherkin Sprache

• Feature: Name bzw. die Bezeichnung des Features
• Rule: Regeln des Features
• Example oder Scenario: Die Bezeichnung des Szenarios (Beispielsweise „Die erfolgreiche Anmeldung mit gültigen Anmeldeinformationen.“)
• Given, When, Then, And, But für die steps (oder *)- Vorbedingungen (Gegeben sei), die Aktion, die ausgeführt wird bzw. die Erweiterung durch andere Schlüsselwörter um die Aktion die ausgeführt wird zu ergänzen bzw. zu erweitern. (Der User gibt beispielsweise seine Zugangsdaten, Username and Password ein), gefolgt von der erwarteten Reaktion des Systems (Beispielsweise die Nachricht, bei einem erfolgreichen Login.)
• Background – Ein Background ermöglicht es einem, den nachfolgenden Scenarios einen gewissen Kontext hinzuzufügen. Es kann einen oder mehrere Vorgegebene Schritte enthalten, die vor jedem Scenario aber nach jedem Before hook ausgeführt werden.
• Scenario Outline oder Scenario Template – Damit lässt sich dasselbe Szenario mehrmals mit unterschiedlichen Wertekombinationen ausführen.
• Examples oder Scenarios – Eine Scenario Outline muss einen oder mehrere Abschnitte mit Examples bzw. Scenarios enthalten. Sie dienen als Steps bzw. Interpretationsvorlage, die nie direkt ausgeführt werden. Stattdessen wird die Szenariogliederung einmal für jede Zeile mit den darunter liegenden Abschnitten von Examples ausgeführt.

Gherkin in deutscher Sprache

Um eine Funktionalität auf Deutsch zu schreiben, muss am Beginn des Features # language: de angegeben werden. Damit sind u.A. folgende deutsche Schlüsselwörter verfügbar:

• Funktionalität
• Grundlage
• Szenario
• Szenariogrundriss
• Beispiele
• Angenommen
• Gegeben sei
• Wenn
• Dann
• Und und Aber, sowie *

Die Command line (CL)

Cucumber verfügt über eine integrierte Kommandozeilenschnittstelle, die eine umfassende Liste von Anweisungen enthält. Wie die meisten Kommandozeilen-Tools bietet Cucumber die Option –help an, die eine Zusammenfassung der Befehle liefert, die diese Command Line akzeptiert.

$ cucumber --help
        -r, --require LIBRARY|DIR        Require files before executing the features.
        --i18n LANG                      List keywords for in a particular language.
                                         Run with "--i18n help" to see all languages.
        -f, --format FORMAT              How to format features (Default: pretty).
        -o, --out [FILE|DIR]             Write output to a file/directory instead of
        ...

Fazit

Gherkin ist nicht nur zum Schreiben von automatisierten Tests geeignet. Man kann Gherkin grundsätzlich auch dazu verwenden, um strukturierte Tests zu erstellen, die man später als Projektdokumentation verwendet kann. Erst die Eigenschaft, strukturiert zu sein, gibt uns die Möglichkeit zu automatisieren.

Sowohl die Sprache Gherkin wie auch das Tool Cucumber, bieten weitaus mehr Funktionalitäten, die ich hier nicht thematisiert habe. Zumal ich auch recht frisch in dieses Thema eingestiegen bin. So ist beispielsweise ein Datengetriebenes Szenario mithilfe von Tabellen möglich. Fernab können verschiedene Schritte, die im Prinzip das Gleiche tun, über Platzhalter definiert werden.

Um solche und weitere Vorteile zu nutzen, ist neben Cucumber oder anderen Testtools vor allem Disziplin beim Verfassen der Dokumentation bzw. der Gherkin Dokumente gefragt. Gleichzeitig müssen die formulierten Schritte präzise genug sein, um die gewünschten Verhaltensweisen ausreichend genau zu beschreiben. Ansonsten zerfällt die Abstraktion und Gherkin Dokumente werden lediglich zu etwas besser lesbaren Testskripten statt dem Ansatz des BDD zu folgen.

Cucumber lässt sich auch mit IntelliJ nutzen. Aber darüber gibt es dann in naher Zukunft einen weiteren Beitrag.

Der Beitrag Cucumber – Das kollaborative Tool für Behavior Driven Development erschien zuerst auf CEOsBay.

Kurze Zeitreise

Die Geschichte des Raspberry Pi geht zurück auf das Jahr 2006. Als ein Team von Wissenschaftlern und Technikern am Computer Laboratory der University of Cambridge, darunter Eben Upton, Rob Mullins, Jack Lang, Alan Mycroft und Pete Lomas, eine wachsende Besorgnis über den Rückgang der Informatikkenntnisse unter britischen Schülern feststellten. Die Anzahl der Schüler, die Informatik auf Universitätsebene studierten, nahm ab. Hinzu kam, dass die Schüler weniger praktische Programmiererfahrungen hatten, als in den Jahren vorher.

Als Hauptursache des Rückgangs identifizierten sie die Unzugänglichkeit von erschwinglichen, programmierbaren Computern für junge Menschen. In den 80er Jahren hatten Heimcomputer wie der BBC-Micro und der Commodore 64 eine Generation von Technikbegeisterten inspiriert. Dies ermöglichte auch vielen von ihnen Programmierkenntnisse zu erwerben. Doch die Komplexität der Computer steigerte sich im Laufe der Zeit. Vor allem stiegen damit auch die Anschaffungskosten, wodurch sie für viele unzugänglich geworden sind, insbesondere im Kontext der Bildung.

Um dieses Problem zu lösen, arbeitete das Team an der Entwicklung eines kleinen, erschwinglichen und benutzerfreundlichen Einplatinencomputers. Dieser sollte den Schülern ermöglichen, Programmieren und Computertechnik auf spielerische Weise zu erlernen. Die Idee, ein Gerät zu schaffen, dass in der Lage ist, grundlegende Programmieraufgaben auszuführen. Dies zu einem Bruchteil der Kosten eines herkömmlichen Computers. Dieses Projekt führte zur Entstehung des kleinen Alleskönners.

Entstehung der Raspberry Pi Foundation

Man gründete im Jahr 2009 die Raspberry Pi Foundation, eine gemeinnützige Organisation, um die Entwicklung des Geräts voranzutreiben und Bildungsressourcen bereitzustellen, die auf dem Raspberry Pi basierten. Im Februar 2012 kam dann die erste Version, das Model B, auf den Markt. Die Nachfrage nach dem Gerät, enorm. Und innerhalb weniger Jahre gingen Millionen von Raspberry Pi-Einheiten weltweit über die Ladentheke.

Seitdem hat die Raspberry Pi Foundation verschiedene Modelle und Generationen des Geräts veröffentlicht, die jeweils verbesserte Hardware und Funktionalität bieten. Weiterhin mit der Aufgabe, das Erlernen von Programmierkenntnissen und Computertechnik für Menschen aller Altersgruppen und Fähigkeiten zugänglich und erschwinglich zu machen. Der kleine Alleskönner hat inzwischen eine große und leidenschaftliche Gemeinde. Bestehend aus Bastlern, Entwicklern und Technikbegeisterten und man nutzt es für eine Vielzahl von Projekten und Anwendungen.

Modelle und technische Daten

Seit der ersten Version gibt es mehrere Modelle mit unterschiedlichen Spezifikationen. Hier sind einige der bekanntesten Modelle:

1. Raspberry Pi 1 Model B (2012): Das ursprüngliche Modell mit einem 700 MHz Single-Core-Prozessor, 512 MB RAM und 2 USB-Anschlüssen.

2. Raspberry Pi 2 Model B (2015): Eine Verbesserung des ursprünglichen Modells mit einem 900 MHz Quad-Core-Prozessor und 1 GB RAM.

3. Raspberry Pi 3 Model B (2016): Das erste Modell mit integriertem Wi-Fi und Bluetooth, ausgestattet mit einem 1,2 GHz Quad-Core-Prozessor und 1 GB RAM.

4. Raspberry Pi 4 Model B (2019): Das bisher leistungsstärkste Modell mit einem 1,5 GHz Quad-Core-Prozessor, bis zu 8 GB RAM und Unterstützung für Dual-4K-Displays.

(Hier sei noch zu erwähnen, dass es auch alternative Geräte gibt, die wesentlich leistungsstärker sind. Doch darüber schreibe ich noch einen gesonderten Beitrag.)

Raspberry Pi Zero (2015) und Zero W (2017): Kleinere und kostengünstigere Modelle, die sich gut für einfache Projekte eignen.

Anwendungen und Projekte

Die Vielseitigkeit des kleinen Alleskönners hat dazu geführt, dass man es in einer Vielzahl von Projekten und Anwendungen einsetzen kann. Einige Beispiele hierfür sind:

• Heimautomatisierung: Die Verwendung des kleinen Alleskönners, um die eigenen smarten Geräte zu steuern oder um das gesamte Zuhause zu automatisieren.
• Retro-Gaming: Mit Emulatoren wie RetroPie kann man eine Vielzahl von klassischen Spielen aus verschiedenen Konsolen-Generationen genießen.
• Media Center: Man kann den kleinen Alleskönner als Media Center nutzen, indem man Kodi oder Plex installiert und Lieblingsfilme sowie Serien streamen.
• Lern- und Bildungsplattform: Um Programmieren zu lernen oder eigene Anwendungen zu entwickeln, um anderen dabei zu helfen, neue Fähigkeiten zu erlernen.
• Wetterstation: Benutzerdefinierte Wetterstation, um die Umgebungsinformationen wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Luftdruck zu überwachen.
• Internet der Dinge (IoT) Projekte: Integration in ein IoT-Netzwerk, um Sensoren und Aktoren über das Internet zu steuern und um Daten zu sammeln.
• Robotik: Als Gehirn des eigenen Roboters, der in der Lage ist, verschiedene Aufgaben auszuführen, wie z.B. automatisiertes Fahren, Objektverfolgung und mehr.
• Sicherheit und Überwachung: Als kostengünstiges Sicherheitssystem mit Bewegungsmeldern, Kameras und Alarmen.
• Webserver: Als eigenen Webserver, um Websites oder Webanwendungen zu hosten.
• Künstliche Intelligenz und maschinelles Lernen: Experimente mit AI-Frameworks wie TensorFlow oder PyTorch, um Machine-Learning-Modelle auf dem Raspberry Pi zu erstellen oder auszuführen. Wobei sich hier auch NVIDIA’s Jetson anbietet und auch von der Performance her wahrscheinlich bei weitem besser aufgestellt ist 😉

Raspberry Pi Ressourcen und Community

Eine der größten Stärken des Raspberry Pi ist die riesige und engagierte Community. Die Raspberry Pi Community bietet unzählige Ressourcen, Tutorials und Foren, um Fragen zu beantworten und bei der Lösung von Problemen zu helfen. Einige empfehlenswerte Ressourcen sind:

Die offizielle Website: Hier findet man Neuigkeiten, Projekte und Lernressourcen direkt von der Raspberry Pi Foundation.

Raspberry Pi Forums: Eine aktive Community, in der man Fragen stellen, Antworten finden und sich mit anderen Enthusiasten austauschen kann.

Hackster.io: Eine Plattform für Bastler und Entwickler, um Raspberry Pi-Projekte mit detaillierten Anleitungen zu teilen und um neue Ideen zu entdecken.

Instructables: Eine weitere hervorragende Quelle für Schritt-für-Schritt-Anleitungen und Projekte, die auf dem Raspberry Pi basieren.

GitHub: Auf GitHub findet man zahlreiche Repositories, die Software, Tools und Projekte für den Kleinen enthalten. Einen Beitrag über GitHub selbst gibt es hier 😉

Fazit

Der Raspberry Pi hat die Welt der Heimcomputer und Bastler revolutioniert und ist ein Paradebeispiel dafür, wie ein kleines, kostengünstiges Gerät großen Einfluss haben kann. Seine Vielseitigkeit, einfache Handhabung und große Community haben dazu geführt, dass man es heute in einer Vielzahl von Projekten und Anwendungen einsetzen kann. Leider sind die Preise aufgrund der Pandemie und den damit verbundenen Lieferengpässen wesentlich gestiegen. Ansonsten bietet sich der kleine Alleskönner an, spannende unzählige Möglichkeiten zu entdecken. Man kann es kaufen, verschenken und auch spenden. In der Regel kann man damit nichts falsch machen.

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Python unterstützt die objektorientierte, aspektorientierte und die funktionale Programmierung, wenn es um die Programmierparadigmen geht. Ferner bietet es eine dynamische Typisierung. Wie viele dynamische Sprachen wird Python oft als Skriptsprache genutzt. Die Sprache weist ein offenes, gemeinschaftsbasiertes Entwicklungsmodell auf, dass durch die gemeinnützige Python Software Foundation gestützt wird, die die Definition der Sprache in der Referenzumsetzung CPython pflegt.

Kurze Zeitreise

Die Sprache wurde Anfang der 1990er Jahre von Guido van Rossum am Centrum Wiskunde & Informatica in Amsterdam als Nachfolger für die Programmiersprache ABC entwickelt und war ursprünglich für das verteilte Betriebssystem Amoeba gedacht.

Wie in meinem Beitrag über GitHub bereits erwähnt, geht der Name nicht auf die gleichnamige Schlangengattung zurück, sondern bezog sich ursprünglich auf die englische Komikertruppe Monty Python. In der Dokumentation finden sich daher auch einige Anspielungen auf Sketche aus dem Flying Circus. Trotzdem etablierte sich die Assoziation zur Schlange, was sich unter anderem in der Programmiersprache Cobra sowie dem Python-Toolkit „Boa“ und schlussendlich in dem heutigen Logo wiederfindet. Die erste Vollversion erschien im Januar 1994 unter der Bezeichnung Python 1.0. Gegenüber früheren Versionen wurden einige Konzepte der funktionalen Programmierung implementiert, die allerdings später wieder aufgegeben wurden.

Python 2.0 erschien am 16. Oktober 2000. Neue Funktionen umfassten eine voll funktionsfähige Garbage Collection (automatische Speicherbereinigung) und die Unterstützung für den Unicode-Zeichensatz. In Version 2.6 wurde eine Hilfe eingebaut, mit der angezeigt werden konnte, welche Code-Sequenzen vom Nachfolger Python 3 nicht mehr unterstützt werden und daher in darauf aufbauenden Versionen nicht mehr funktionsfähig sind.

Python 3.0 (auch 3000 genannt) erschien am 3. Dezember 2008 nach längerer Entwicklungszeit. Es beinhaltet einige tiefgreifende Änderungen an der Sprache, etwa das Entfernen von Redundanzen bei Befehlssätzen und veralteten Konstrukten. Da Python 3.0 hierdurch teilweise inkompatibel zu früheren Versionen ist, beschloss die Python Software Foundation, 2.7 parallel zur Version 3 bis Ende 2019 weiter mit neuen Versionen zu unterstützen.

Freuen dürfen wir uns auf die mittlerweile Version 3.12, die im Oktober dieses Jahres folgen soll.

Wieso Python?

Es wurde mit dem Ziel größter Einfachheit und Übersichtlichkeit entworfen. Die Sprache kommt mit relativ wenigen Schlüsselwörtern aus und ist mit einer reduzierten Syntax auf Übersichtlichkeit optimiert. Dadurch lassen sich Python-basierte Skripte deutlich kleiner bzw. kompakter formulieren als in anderen Sprachen.

Van Rossum legte bei der Entwicklung großen Wert auf eine Standardbibliothek, die überschaubar und leicht erweiterbar ist. Dies war das Ergebnis seiner schlechten Erfahrung mit der Sprache ABC, in der das Gegenteil der Fall ist. Dieses Konzept ermöglicht, Module aufzurufen, die in anderen Programmiersprachen geschrieben wurden, etwa um Schwächen von Python auszugleichen. Beispielsweise können für zeitkritische Teile in maschinennäheren Sprachen wie C implementierte Routinen aufgerufen werden. Umgekehrt lassen sich damit Module und Plug-ins für andere Programme schreiben, die die entsprechende Unterstützung bieten. Dies ist unter anderem bei Blender, Cinema 4D, GIMP, Maya, OpenOffice bzw. LibreOffice, PyMOL, SPSS, QGIS oder KiCad der Fall. Über die ich bereits geschrieben habe und noch schreiben werde.

Wie bereits erwähnt, ist Python eine Multiparadigmensprache. Dies bedeutet, es zwingt den Programmierer nicht zu einem bestimmten Programmierstil, sondern erlaubt, dass für die jeweilige Aufgabe am besten geeignete Paradigma zu wählen. Die Freigabe nicht mehr benutzter Speicherbereiche erfolgt durch Referenzzählung. Datentypen werden dynamisch verwaltet, eine automatische statische Typprüfung wie z. B. bei C++ gibt es nicht. Jedoch unterstützt Python ab Version 3.5 optionale Typ-Annotationen, um eine statische Typprüfung mithilfe externer Software, wie zum Beispiel Mypy, zu vereinfachen.

Wann Python?

Python ist für die meisten gängigen Betriebssysteme frei erhältlich und bei den meisten Linux-Distributionen im Standardumfang enthalten. Um es in Webserver einzubinden, wird Webserver-umgreifend WSGI verwendet, welches die Nachteile von CGI umgeht. WSGI stellt eine universelle Schnittstelle zwischen Webserver und Python(-Framework) zur Verfügung.

Sowohl in der Wirtschaft, Wissenschaft als auch in der Spielebranche erfreut sich Python einer großen Beliebtheit, da es auf der einen Seite einsteigerfreundlich ist und auf der anderen Seite auch leistungsfähig genug, um theoretische Grundlagen der Programmierung zu vermitteln bzw. um moderne Anwendungen bis hin zu komplexen Datenanalysen, grafischer Programmierung oder Datenbankanwendungen zu entwickeln. Ganz zu schweigen von den Möglichkeiten in Bezug auf Machine learning bzw. künstliche Intelligenz. Doch diese Themen werde ich auch in zukünftigen Beiträgen angehen.

An dieser Stelle sei auch das Projekt „100-Dollar-Laptop“ erwähnt. Denn da wurde Python als Standardsprache der Benutzeroberfläche verwendet. Da der 100-Dollar-Rechner für die Schulausbildung von Kindern konzipiert war, sollte bei Benutzung der dafür gestalteten grafischen Benutzeroberfläche „Sugar“ auf Knopfdruck der gerade laufende Python-Quellcode angezeigt werden. Damit sollte Kindern die Möglichkeit gegeben werden, die dahinter liegende Informationstechnik real zu erleben und nach Belieben „hinter die Kulissen“ zu schauen oder sogar anzupassen. Doch darüber schreibe ich in einem zukünftigen Beitrag, da sich dieses Projekt komplexer entwickelt hat, als man es annehmen möchte.

Fazit

Python kann verhältnismäßig schnell erlernt werden und man kann damit sehr kurze Programmtexte schreiben. Dies verbessert die Verständlichkeit einer Anwendung, erleichtert die Fehlersuche und verkürzt die Entwicklungszeit. Es unterstützt unterschiedliche Paradigmen (Programmierstile).

Auch gibt es viele frei verfügbare Erweiterungen (sogenannte Module) für spezielle Anwendungsbereiche wie etwa Grafik, Astronomie, Mathematik, Spracherkennung, Quantencomputer und künstliche Intelligenz.

Der Beitrag Python – Die Sprache für schnelle Prototypen, Datenanalyse und künstliche Intelligenz erschien zuerst auf CEOsBay.

Kurze Zeitreise

Jenkins ist in erster Linie eine Entwicklung von Kohsuke Kawaguchi. Einem ehemaligen Mitarbeiter von Sun Microsystems, der es unter dem Namen Hudson entwickelt hat. Kawaguchi verließ das Unternehmen, nachdem Oracle es Ende Januar 2010 übernahm. Er behielt aber die Leitung bei Hudson und arbeitete nach eigenen Angaben auf freiberuflicher Basis weiter bei Oracle. Oracle hielt nach wie vor die Namensrechte an Hudson. Aus diesem Grund hat man das Projekt schließlich in Jenkins umbenannt. Die Namensgebung erfolgte laut der Entwickler aufgrund der äquivalenten Assoziation der beiden Wörter mit dem Beruf des Butlers.

Oracle trieb die Entwicklung von Hudson weiterhin voran. Deshalb spricht man heute von einem Fork (einer „Abspaltung“) in der Softwareentwicklung. Im Jahr 2016 wurde die Entwicklung von Hudson zugunsten von Jenkins eingestellt und der Eclipse Foundation gespendet. Die Entwicklung wird jetzt als Open-Source-Projekt unter der Leitung der CD Foundation, einer Organisation innerhalb der Linux Foundation, verwaltet.

Wofür Pipelines?

Im Grunde genommen automatisieren Pipelines Tests und Berichte zu isolierten Änderungen in einer größeren Codebasis in Echtzeit und erleichtern die Integration unterschiedlicher Codezweige in einen Hauptzweig. Man erkennt dadurch schnell Fehler in einer Codebasis, erstellt die Software, automatisiert das Testen der Builds, bereitet die Codebasis für die Bereitstellung (Auslieferung) vor und stellt schließlich Code in Containern und auf virtuellen Maschinen sowie Bare-Metal- und Cloud-Servern bereit. Es gibt auch kommerzielle Versionen von Jenkins, auf die ich in diesem Beitrag aber nicht weiter eingehe.

Continious Integration / Kontinuierliche Integration

Kontinuierliche Integration hat sich seit der Erfindung weiterentwickelt. Ursprünglich war es die Norm, dass Teams einen Build pro Tag veröffentlichten. Nun ist es die Regel, dass jedes Teammitglied täglich oder häufiger Aktualisierungen einreicht, die man als Commit bezeichnet (Siehe Git / GitHub). Dies erfolgt bei jeder wesentlichen Änderung eines Builds. Bei der richtigen Anwendung bietet Continuous Integration verschiedene Vorteile, wie zum Beispiel ständige Rückmeldungen zum Status der Software. Da man durch CI, Mängel frühzeitig in der Entwicklung erkennt, sind Fehler in der Regel kleiner, weniger komplex und leichter zu beheben.

Jenkins und CI/CD

Im Laufe der Zeit wurden Jenkins Continuous Delivery und Deployment hinzugefügt. Continuous Delivery bedeutet, dass das Erstellen und Packen von Code für die spätere Bereitstellung in Test-, Produktions-Staging- und Produktionsumgebungen automatisiert wird. Continuous Deployment automatisiert den letzten Schritt der Bereitstellung des Codes an seinem endgültigen Ziel.

In beiden Fällen reduziert die Automatisierung die Anzahl der auftretenden Fehler, da die richtigen Schritte und Best Practices in Jenkins kodiert sind. Jenkins beschreibt einen gewünschten Zustand und der Automatisierungsserver stellt sicher, dass dieser Zustand erreicht wird. Darüber hinaus macht diese Automatisierung die Bereitstellung schneller, da Vorgänge nicht mehr an personelle Beschränkungen gebunden sind. Schließlich reduziert es die Belastung des Entwicklungs- und Betriebsteams, indem es die Notwendigkeit von manuellen Rollouts mitten in der Nacht und am Wochenende beseitigt.

Jenkins und Microservices

Jenkins bewährt sich besonders in Microservices-Architekturen. Da es eines der Ziele von Microservices ist, Anwendungen und Dienste häufig zu aktualisieren, sollte man dafür sorgen, dass die Bandbreite die Releases nicht verzögert. Mehr und kleinere Dienste mit schnelleren Update-Intervallen lassen sich nur durch Automatisierung gut umsetzen – und dafür ist es wohl die richtige Wahl.

Jenkins X

Das Jenkins X-Projekt wurde 2018 mit dem Ziel gestartet, eine moderne, Cloud-native Version von Jenkins zu erschaffen. Das Projekt steht ebenfalls unter der Leitung der CD Foundation. Die Architektur, Technologie und Pipeline-Sprache unterscheiden sich grundsätzlich von Jenkins. Jenkins X ist für Kubernetes konzipiert und verwendet es in einer eigenen Implementierung. Andere Cloud-native Technologien, die Jenkins X verwendet, sind Helm und Tekton, auf die ich in gesonderten Beiträgen eingehen werde.

Wie funktioniert Jenkins?

Jenkins läuft auf einer Vielzahl von Betriebssystemen bzw. Plattformen. Darunter gibt es Windows, MacOS und Unix-Varianten. Am besten jedoch läuft es auf Linux. Es erfordert mindestens eine Java 8 VM oder höher und kann auf Oracle Java Runtime Environment oder Open Java Development Kit ausgeführt werden. Normalerweise läuft es als Java-Servlet innerhalb eines Jetty-Anwendungsservers. Es kann aber auch auf anderen Java-Anwendungsservern wie Apache Tomcat ausgeführt werden. Auch kann es in einem Docker-Container ausgeführt werden. Im Docker Hub-Online-Repository sind aus diesem Grund schreibgeschützte Jenkins-Images verfügbar.

Um Jenkins zu auszuführen, werden Pipelines erstellt. Eine Pipeline ist eine Reihe von Schritten, die der Jenkins-Server ausführt. Diese Schritte sind in einem Klartext-Jenkins-File gespeichert. Das Jenkins-File verwendet eine geschweifte Klammersyntax, die einer JSON gleicht. Schritte in der Pipeline werden als Befehle mit Parametern deklariert und in geschweiften Klammern gekapselt. Der Jenkins-Server liest dann die Jenkins-Datei und führt die Befehle aus, wobei der Code die Pipeline vom festgeschriebenen Quellcode zur Produktionslaufzeit weiterleitet. Ein Jenkins-File kann über eine grafische Benutzeroberfläche oder durch Code erstellt werden.

Plugins

Für Jenkins sind eine Reihe von Plugins verfügbar, damit es mit anderen Tools zusammenarbeiten kann. Mit Plugins lässt sich auch der Funktionsumfang der Software erweitern. Fertige bzw. bewährte Plugins können aus dem Online-Repository für Jenkins-PlugIns heruntergeladen und über die Jenkins-Webbenutzeroberfläche oder -CLI (Kommandozeile, Command Line Interface) geladen werden. Man kann aber auch eigene Plugins entwickeln.

Plugins helfen bei der Integration anderer Entwicklertools in die Jenkins-Umgebung, fügen der Web-UI neue Elemente hinzu. Dies dient im Allgemeinen der erleichterten Verwaltung und Benutzung. Ein wichtiges Einsatzgebiet von Plugins ist das Bereitstellen von Integrationspunkten für CI/CD-Quellen und -Ziele. Dazu gehören Software-Versionskontrollsysteme (SVCs) wie Git und Atlassian BitBucket, Container-Laufzeitsysteme – insbesondere Docker, sowie Hypervisoren wie VMware vSphere, Public-Cloud-Instanzen wie Google Cloud Platform und AWS und schließlich Private-Cloud-Systeme wie OpenStack. Es gibt auch Plugins, die eine Kommunikation mit Betriebssystemen über FTP, CIFS und SSH unterstützen.

Plugins verwenden ihren eigenen Satz von Java-Annotationen und Designmustern, die definieren, wie sie instanziiert werden. Die Plugin-Entwicklung nutzt außerdem die Maven-Bereitstellung für Jenkins.

Sicherheit

Bei der Sicherheit geht es vor allem darum den Server und die Benutzer zu schützen. Die Serversicherheit wird mehr oder weniger auf dieselbe Art und Weise erreicht, wie auf regulären Servern. Der Zugriff auf den Standort, beispielsweise eine VM oder einen Bare-Metal-Server, ist so konfiguriert, dass möglichst wenige Prozesse mit dem Server kommunizieren dürfen. Dies wird durch typische Serverbetriebssysteme und Netzwerksicherheitsfunktionen erreicht.

Darüber hinaus ist der Zugriff auf den Server über die Jenkins-Benutzeroberfläche mit den regulären Mechanismen, wie Multi-Faktor-Authentifizierung oder der Beschränkung der Anzahl von legitimierten Benutzern, geschützt.

Jenkins enthält außerdem Sicherheitsfunktionen für die interne Nutzerdatenbank. Man unterscheidet zwei Sicherheitsbereiche. Zum einen den Sicherheitsbereich und den Autorisierungsbereich. Im Sicherheitsbereich regeln Administratoren, wer Zugriff hat, und im Autorisierungsbereich bestimmen die Nutzer selbst, was man mit dem Zugriff anstellen kann.

Fazit

Ein großer Vorteil von Jenkins sind die Unmengen an verfügbaren Plugins. Diese tragen zu einer enormen Flexibilität bei. Auch die umfangreichen Skript- und deklarativen Sprachen, mit denen man stark benutzerdefinierte Pipelines erstellen kann, stellen einen großen Mehrwert dar. Da es weitestgehend neutral ist, passt es gut in die meisten Umgebungen, einschließlich in komplexe Hybrid- und Multi-Cloud-Systeme.

Da Jenkins schon etwas länger als vergleichbare Lösungen in diesem Bereich verwendet wird, gibt es umfangreiche Dokumentationen und zahlreiche Community-Ressourcen, an denen man sich bedienen kann. Diese Ressourcen erleichtern die Installation, Verwaltung und Fehlerbehebung ungemein.

Da die gesamte Lösung auf Java basiert, steht es auf einer soliden Basis, die man mit gängigen Designmustern und Frameworks erweitern kann. Auch wenn sich die Installation relativ einfach gestaltet, kann es relativ schwierig sein, komplexe Pipelines zu entwickeln, zu debuggen und zu warten.

Das Open-Source-System ist außerdem eine Single-Server-Architektur. Dies kann jedoch die Ressourcen auf einen einzigen Computer, eine virtuelle Maschine oder einen Container einschränken. Cluster werden nicht unterstützt. Diese Tatsache kann die Leistung enorm einschränkten. Es kann auch dazu führen, dass es zum Server-Sprawl kommt und man den Überblick über all die einzelnen Jenkins-Server verliert.

Der Beitrag Jenkins – Automatisierte Arbeitsabläufe beim Testing erschien zuerst auf CEOsBay.